發電機供電場合使用單相定速空調的適應性研究

倪偉 汪輝

摘 要：隨著制冷制熱應用領域的不斷增長，壓縮機的應用場合正逐步擴大。傳統家用空調壓縮機也常被使用在不同環境、不同電源形式的場合。其中也遇到了一些技術性問題。如何保證不同于家用使用環境下空調運行的可靠性，壓縮機及其控制保護是關鍵之一。本文主要從單相定速壓縮機應用于小型發電機組的使用環境，從改善壓縮機啟動特性角度，用最經濟性的方法提出解決方案。

關鍵詞：單相感應電動機；發電機；功率；PTC

隨著制冷制熱需求的快速增長，壓縮機的應用領域正逐步擴大。而傳統家用空調壓縮機也常被使用在不同環境、不同電源形式的場合。其中也遇到了一些問題及技術隱患。如何保證壓縮機能適應不同于家用空調的運行條件，并保證其可靠性是關鍵。

由于受發電機組供電容量的限制，傳統定速壓縮機啟動時對電網功率要求較高，小功率機組往往會跳閘保護。因此減小電機啟動電流，縮短啟動時間，是解決該問題的重要技術手段。

1定速空調運行特點介紹

感應電機啟動時有其自身特點，即啟動電流非常大，除了造成很大的能源損失外，這也是制約其應用于小功率發電機組場合的重要因素。在電機啟動瞬間，電流回路里阻抗僅為定子繞組組抗，阻值很小，因此瞬間啟動電流很大，往往是其正常運行電流的4～7倍。啟動過程中，由于電磁感應作用，回路中電抗逐步增加，電流逐步減小，直至趨于穩定值。采用軟件仿真其啟動特性，結果如圖1。

圖1單相感應電動機啟動電流圖形

從電流啟動計算結果分析，啟動瞬間電流峰值接近穩定運行電流約6倍。

表1是普通民用某型號5KW柴油發電機組規格值。

2 改善定速空調啟動電流的幾種方式

2.1 應用軟啟動方式

運用串接于電源和壓縮機電機之間的軟啟動器，控制其內部晶閘管導通角，使電機輸入電壓從零以預設函數關系逐步上升，直至啟動結束賦予全電壓。由于軟啟動器成本相對較高，控制器選配及設計有一定難度，目前使用此類降低啟動電流方式在定速空調上應用很少。

表1發電機組主要參數

2.2 應用電機沖片調整改善

為了改善籠型異步電機啟動，可以從轉子槽型著手，設法利用“集膚效應”使啟動時轉子電阻增大，以增加啟動轉矩并減少啟動電流。深槽和雙籠型槽均是比較常用的方式。此變更屬于顛覆性結構設計，投資較大。

2.3 應用PTC熱敏電阻

該方式在副繞組定子回路并連電阻器，啟動結束后自動斷開。優點是結構簡單、啟動平穩、運行可靠，啟動階段功率因素影響小。通過副繞組電容兩端并聯PTC，增加了電機等效回路的總電抗，改善啟動效果。此外，為進一步減小啟動電流，可以在主線圈繞組串聯電感，起到增加回路總電抗效果，效果與并聯PTC相當。

圖2 簡易控制電路圖

3 PTC在某定速1.5HP壓縮機應用實例

3.1 PTC應用于壓縮機啟動簡介

啟動瞬間，電流同時經過低阻態的PTC，時間延時t后，電流通過PTC”切換”到高阻態。通過PTC電阻及運行電容Cr值的選配，可以改善提高電容充電時間。從而縮短電機的啟動速度。當壓縮機停機后，PTC在很短的時間內恢復至初始低阻態，為下次壓縮機啟動提供輔助扭矩。

3.2 被測定速壓縮機啟動性能實測

測試壓縮機啟動方式為電容啟動及運行，標準運行電容為35uF。通過主繞線串電感、副繞組電容端并聯PTC，分別測試其啟動時間改善情況。

圖3 啟動時間隨電壓變化圖 圖4 啟動電流隨電壓變化圖

由圖3可知，采用副繞組電容端并聯PTC，啟動所需時間有較明顯減少，可以起到加快啟動穩定所需時間的作用。主繞線組串聯電感對縮短啟動時間沒有幫助。

由圖4知，通過電容端并聯PTC電阻，對降低啟動電流值沒有明顯差異。而通過主繞組串聯電感，對降低啟動電流有一定效果。

通過PTC與電感的疊加應用，啟動要求及保護器允許范圍內達到最優化的啟動能力。

3.3 改善后效果

圖5啟動電流隨電壓變化圖 圖6啟動時間隨電壓變化圖

從圖5、圖6可知道，通過電感及PTC的共同使用，將壓縮機額定電源下啟動電流下降約23%，啟動時間則縮短約10%。可以緩解小功率發電機供電的電網壓力。基本滿足使用條件。

4 結語

采用主繞組串聯電感，副繞組電容端并聯PTC，可以達到降低啟動電流縮短啟動時間的作用。通過合理的選擇電感及PTC電阻值，可以滿足原有壓縮機可靠的啟動，且不影響啟動后的各項性能。因電感及PTC為外接器件，電路維修及安裝均比較方便。成本也相對便宜，此方式較使用與臨時性發電機供電的場合。

參考文獻：

[1] 謝麗蓉，王智勇，晁勤.鼠籠異步電動機機械特性的研究[J].中國電機工程學報.2008（21）：68-72.

[2] 吳新振.單相異步電機性能計算的網絡方程[J].微特電機.1995（04）：21-23.